Watt's Law Hva er, eksempler, applikasjoner

De Watt lov Det gjelder elektriske kretsløp og fastslår at elektrisk kraft P Leveres av et kretselement, er det direkte proporsjonalt med produktet mellom fôrspenningen V av kretsen og gjeldende intensitet Yo som sirkulerer gjennom ham.

Elektrisk kraft er et veldig viktig konsept, fordi det påpeker hvor raskt det er et element å forvandle strøm til en annen form for energi. Matematisk er den gitte definisjonen av Watts lov uttrykt som følger:

P = v.Yo

Figur 1. Den elektriske kraften indikerer hastigheten som strøm transformeres. Kilde: Pixabay

I International Units System (SI) kalles kraftenheten Watt Og det er forkortet W, til ære for James Watt (1736-1819), en banebrytende skotsk ingeniør i den industrielle revolusjonen. Siden strømmen er energi per tidsenhet, tilsvarer 1 W 1 Joule/sekund.

Vi er alle kjent med begrepet elektrisk kraft på en eller annen måte. For eksempel bringer hjemme elektriske enheter ved vanlig bruk alltid sin spesifiserte kraft, inkludert pærer, elektriske køyer eller kjøleskap, blant andre.

[TOC]

Watt lov og kretselementer

Watts lov gjelder kretselementer med forskjellig oppførsel. Det kan være et batteri, en motstand eller annet. Blant endene av elementet er det etablert en potensiell forskjell V_B - V_TIL = V_AB Og strømmen sirkulerer i retning A til B, som indikert i følgende figur:

Figur 2. Et kretselement der en potensiell forskjell er etablert. Kilde: f. Zapata.

I en veldig liten tid Dt, Passere en viss belastning dq, slik at arbeidet som er gjort på det blir gitt av:

dw = v.dq

Hvor dq Det er relatert til strømmen som:

dq = i.Dt

Så:

Kan tjene deg: rød dverg

dw = v. Yo.Dt

dw/dt = v. Yo

Og siden strømmen er arbeid per tidsenhet:

P = v.Yo

-Ja v_AB > 0, gebyrer som passerer gjennom elementet får potensiell energi. Elementet leverer energi fra en kilde. Det kan være et batteri.

Figur 3. Kraft levert av et batteri. Kilde: f. Zapata.

-Ja v_AB < 0, las cargas pierden energía potencial. El elemento disipa energía, tal como una resistencia.

Figur 4. Motstand transformerer energi i varmeform. Kilde: f. Zapata.

Merk at kraften som leveres av en kilde ikke bare avhenger av spenningen, men også på strømmen. Dette er viktig å forklare hvorfor bilbatterier er så store, og tar hensyn til at de knapt leverer 12 V.

Det som skjer er at startmotoren trenger en høy strøm, i kort tid, som gir nødvendig kraft for å starte bilen.

Watt Law og Ohms lov

Hvis kretselementet er en motstand, kan Watts lov og Ohms lov kombineres. Sistnevnte slår fast at:

V = i. R

Det ved å erstatte i Watts lov fører til:

P = v. I = (i.R).I = i².R

En versjon basert på spenning og motstand kan også oppnås:

P = v. (V/r) = v² / R

De mulige kombinasjonene mellom de fire størrelsene: kraft P, strøm I, spenning V og motstand r. I følge dataene som tilbys av et problem, blir de mest praktiske formlene valgt.

Anta for eksempel at det i et visst problem blir bedt om å finne motstanden R, som er i nedre venstre rom for brevet.

Avhengig av størrelsene hvis verdi er kjent, er noen av de tre relaterte ligningene (i grønt) valgt (i grønt). Anta for eksempel at de kjenner hverandre V og Yo, så:

Kan tjene deg: Pascal prinsipp: Historie, applikasjoner, eksempler

R = v/ i

Hvis de er kjent P og Yo, Og motstand blir bedt om, brukt:

R = p / i²

Til slutt, når de kjenner hverandre P og V, Motstanden oppnås av:

R = s² /V

Figur 5. Watt lovformler og Ohms lov. Kilde: f. Zapata.

applikasjoner

Watts lov kan brukes i elektriske kretsløp for å finne den elektriske kraften som leveres eller konsumeres av elementet. Pærene er gode eksempler på anvendelse av Watts lov.

Eksempel 1

En spesiell pære for å oppnå flere belysninger i en, har to wolframfilamenter, hvis motstand er r_TIL = 48 ohm og r_B = 144 ohm. De er koblet til tre punkter, betegnet som 1, 2 og 3, som sett på figuren.

Enheten styres av brytere for å velge terminalparene og koble den også til 120 V -nettverket. Finn alle mulige krefter som kan fås.

Figur 6. Ordning for eksemplet løst 1. Fontene. D. Figueroa. Fysikk for vitenskap og ingeniørfag.

Løsning

- Når terminalene 1 og 2 kobler seg, er det bare motstand r_TIL Den er aktivert. Siden spenningen er hatt, som er 120 V og verdien av motstanden, erstattes disse verdiene direkte i ligningen:

P = v²/R = (120 V)²/48 ohm = 300 w

- Koble til terminalene 2 og 3, er motstand R aktivert_B, hvis kraft er:

P = v²/R = (120 V)²/144 ohm = 100 w

- Terminal 1 og 3 lar motstander kobles til i serie. Den tilsvarende motstanden er:

R_Eq = R_TIL + R_B = 48 ohm + 144 ohm = 192 ohm

Derfor:

P = v²/R = (120 V)² /192 ohm = 75 w

- Til slutt er den gjenværende muligheten å koble motstanden parallelt, som vist i diagram D). Den tilsvarende motstanden i dette tilfellet er:

1/ r_Eq = (1/r_TIL) + (1/r_B) = (1/48 ohm) + (1/144 ohm) = 1/36 ohm.

Derfor er den tilsvarende motstanden R_Eq = 36 ohm. Med denne verdien er kraften:

Kan tjene deg: elektriske egenskaper til materialer

P = v² / R = (120 V)² / 36 ohm = 400 w

Eksempel 2

I tillegg til watt, er en annen enhet som er mye brukt for kraft Kilowatt (eller kilowatt), forkortet som KW. 1 kW tilsvarer 1000 watt.

Bedrifter som leverer strøm til hjemmesel. Enheten de bruker er Kilowatt-Hora (KW-H) som til tross for at han har tatt navnet Watt, er energi for energi.

1 kilowatt-hora eller kw-h Det er energien som leveres på 1 time gjennom en kraft på 1000 watt, som i Joules ville være ekvivalent med:

1 kW-H = 1000 W x 3600 S = 3.6 x 10 ⁶ J

a) Anta at et hjem bruker 750 kWh i en viss måned. Hva vil være mengden av strømregningen den måneden? Følgende forbrukerplan følger:

- Basefrekvens: $ 14.00.

- Pris: 16 cent/kWh til du når 100 kWh per måned.

- Følgende 200 kWh per måned har en verdi på 10 øre/kWh.

- Og over 300 kWh per måned, blir 6 øre ladet/kWh.

b) Finn de gjennomsnittlige kostnadene for strøm.

Løsning på

- Klienten bruker 750 kW-H per måned, og overstiger derfor kostnadene som er angitt på hvert trinn. For de første 100 kWh er pengeverdien: 100 kWh x 16 cent /kwh = 1600 cent = 16.00 $

- Følgende 200 kWh har en kostnad på: 200 kWh x 10 cent /kwh = 2000 cent = 20.00 $.

- Over disse 300 kW-H bruker kunden 450 kW-H mer, for totalt 750 kW-H. Kostnaden i dette tilfellet er: 450 kWh x 6 cent /kwh = 2700 cent = 27.00 $.

- Til slutt legges alle beløp som er oppnådd pluss grunnrenten, for å få prisen på mottak av den måneden:

Pris å betale = 14.00 $+ 16.00 $ +20.00 $+ 27.00 $ = $ 77.

Løsning b

Gjennomsnittlig kostnad er: 77 $ / 750 kWh = 0.103 $ /kw-h = 10.3 øre /kwh.

Referanser

1. Alexander, ca. 2006. Elektriske kretsfundamenter. 3. Utgave. McGraw Hill.
2. Berdahl, e. Introduksjon til elektronikk. Gjenopprettet fra: CCRMA.Stanford.Ed.
3. Boylestad, r. 2011. Introduksjon til kretsanalyse. 13. Utgave. Pearson.
4. Electrical Rebuilder's Association. Ohm's Law & Watt's Law Calculator med eksempel. Gjenopprettet fra: Elektriske redskaper.org
5. Figueroa, d. (2005). Serier: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 5. Elektrisitet. Redigert av Douglas Figueroa (USB).